专利名称：减少蒸发排放控制系统中排放物的方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及一种减少蒸发控制系统中排放物的方法，该系统包括活性炭粒子填充的滤罐和包含吸附性整料的滤罐，其中整料包括活性炭，本发明还涉及利用所述吸附滤罐从流体中去除挥发性有机化合物和其它化学试剂的方法。更具体地，本发明涉及在消耗烃类燃料的发动机中采用所述蒸汽吸附材料。
2.相关技术描述(包括按37 CFR 1.97和37 CFR 1.98公开的信息)(a)标准工作容量吸附剂机动车辆燃料系统中的汽油蒸发是烃类空气污染的主要潜在来源。汽车工业被要求将发动机部件和系统设计为能最大程度地包含从燃料系统中蒸发的汽油，该汽油量仅在美国每年就达近十亿加仑。这样的排放可以通过采用活性炭对蒸发的蒸汽进行吸附和保留的滤罐系统进行控制。在某些发动机操作模式中，通过滤罐吸入空气并在发动机中燃烧被脱附的蒸汽，从而将被吸附的烃类蒸汽周期性地从碳中去除。然后使再生的碳准备用于吸附其它的蒸汽。在美国环保署(EPA)的批准下，这些控制系统已在美国使用了约30年，在此期间，政府法令已经逐渐降低了这些系统的可允许排放量。相应地，控制系统的改进大多集中在改善活性炭的容量以保留烃类蒸汽。例如，目前包含统一容量的活性炭的滤罐系统很容易就能够在吸附和空气净化再生循环中捕获和释放100克蒸汽。这些滤罐系统还必须有低的流体限制，以容纳在补给燃料时从燃料罐中出来的置换空气和烃类蒸汽的总体流动。用于汽车排放控制系统的活性炭的改进公开于以下美国专利4,677,086；5,204,310；5,206,207；5,250,491；5,276,000；5,304,527；5,324,703；5,416,056；5,538,932；5,691,270；5,736,481；5,736,485；5,863,858；5,914,294；6,136,075；6,171,373；6,284,705。
图1显示了一个典型的在汽车排放控制系统领域中采用的滤罐。滤罐1包括支撑滤网2、分隔壁3、通向大气的出气孔4(用于发动机关闭的时候)、蒸汽源接口5(从燃料罐)、真空驱气接口6(用于发动机运转时)和吸附材料填料7。
其它基本的汽车排放控制系统滤罐公开于以下美国专利5,456,236；5,456,237；5,460,136和5,477,836。
用于蒸发排放滤罐的典型碳通过以下参量的标准测量进行表征床层填充密度(“表观密度”，g/mL)、对于100％丁烷蒸汽的平衡饱和容量(“丁烷活性”，g/100g碳)和净化能力(“丁烷比”)，具体地，该净化能力就是在饱和步骤中能够被空气净化步骤中的碳回收的吸附丁烷的比例。这三个性质的乘积为碳的有效丁烷“工作容量”(“BWC”，g/dL)测量值，其通过ASTM D5228-92进行测量，该标准已在本领域中建立，作为汽油蒸汽的滤罐工作容量的良好预测。对这一应用具有优越性能的碳具有高BWC，典型地为9至15+g/dLBWC，这是由于按丁烷容量计的高饱和容量(密度和丁烷活性的乘积)和高丁烷比(＞0.85)而产生的。按照所有蒸汽浓度的等温平衡吸附容量，这些碳特有地具有高的容量增量作为蒸汽浓度增量的函数(即，在半对数图表中向上弯曲的等温线)。这个向上弯曲的等温线反映了这些碳的高工作容量的性能特征，其中汽油蒸汽在高浓度下被大量吸附但易于以高浓度被释放到空气净化气流中。此外，这些碳倾向于为粒子状(有点不规则形状)或圆柱状小粒，典型的直径为约1-3mm。已发现，在动态吸附和净化周期内，稍大些的尺寸阻碍了蒸汽向碳粒子内的扩散传递和从碳粒子向外的扩散传递。另一方面，尺寸稍微小些的粒子在补给燃料时对于置换空气和烃类蒸汽具有不可接受的高流动限制。
(b)昼夜呼吸损失(Diurnal Breathing Loss)(DBL)要求最近，已经公布法令，要求对于蒸汽必须被控制的方式进行改变。滤罐的允许排放标准将被减低到很低，以至于排放蒸汽的主要来源燃料罐不再是主要关心的问题，因为现有的常规蒸汽排放控制看来已经达到了很高的去除效率。相反地，现在关心的问题实际上是在再生(净化)步骤后作为残留“根部(heel)”保留在碳吸附剂本身上面的烃类。这样的排放典型地在车辆已停放几天并受昼夜温度变化的影响时发生，通常称为“昼夜呼吸损失”。现在，加利福尼亚低排放车辆法规(California Low Emission Vehicle Regulation)要求许多以2003型号年开始的车辆在滤罐系统中的昼夜呼吸损失(DBL)排放低于10mg(“PZEV”)，更多的以2004型号年开始的车辆的昼夜呼吸损失(DBL)排放低于50mg、典型地低于20mg(“LEV-II”)。(“PZEV”和“LEV-II”是加利福尼亚低排放车辆法规的标准)。
虽然在市售滤罐中使用的标准碳在工作容量方面性能优越，但是这些碳在正常滤罐操作中不能满足DBL排放目标。而且，工作容量性质的标准测量都不能和DBL排放性能联系起来。虽然如此，要满足排放目标的一个选择是显著增加在再生过程中净化气体的体积，以减少在碳床中残余烃类根部量，由此可以减少后续排放。然而，这种策略具有如下缺点在净化再生过程中对于发动机的燃料/空气混合物的操控复杂和趋向于不利地影响排气管排放，即，转移或重新定义了问题而不是解决它(参见美国专利4,894,072)。
另一种选择是设计碳床，以使滤罐系统通风孔一侧(与净化空气接触的床的第一部分)上的横截面面积相对较低，这通过重新设计现有滤罐尺寸或通过安装尺寸合适的附加的辅助通风孔一侧的滤罐来实现。通过增加床的通风孔一侧部分的净化强度，这种可供选择的方法具有局部减少残余烃类根部的效果，由此提高了其在昼夜呼吸条件下保留蒸汽的能力，否则所述蒸汽就从滤罐系统中被排放出去。其缺点是存在使用性限制，一部分床层在减小横截面积的情况下被伸长，而不会由于滤罐系统另外导致过度的流动限制。实际上，这一限制不允许采用足够窄和长的几何形状来满足排放目标(参见美国专利5,957,114)。
美国专利6,098,601和6,279,548讲述了另一种提高在吸附材料孔道中被吸附的蒸汽/空气混合物部分的净化效率的选择，通过提供滤罐的加热性能内部构件或其中的一部分，以提高蒸汽储罐中的压力来驱使热蒸汽通过蒸汽/净化管道回到燃料罐中，在那里热蒸汽在较低的常温下浓缩(’601)，或提高被加热的吸附材料中烃类的净化效率，并携带被净化的燃料蒸汽到联合发动机的进气系统(’548)，从而提高了净化效率。然而，这使控制系统管理的复杂性增加，并且在提供用于收集燃料蒸汽的滤罐的加热内构件时出现某些内部安全问题。
因此，迫切需要一种没有所述替代方法的缺点的可接受的补救方法。本文公开并要求保护的本发明提供了所需的解决方案。
发明概述本发明公开了通过使用多层或多级吸收剂来急剧减少来自蒸汽排放滤罐的昼夜呼吸损失排放。在滤罐的燃料源一侧，优选标准的高工作容量的碳。在通风孔一侧，除了在很宽蒸汽浓度范围内的某些所需的特有吸附性质之外，所述吸附性质具体地为与燃料源一侧吸附剂体积相比在高浓度蒸汽时相对较低的容量增量，优选的吸附剂体积还具有基于体积的平或变平的吸附等温线。本文描述了两种用于达到通风孔一侧吸附剂体积的这些优选性质的方法。一种方法是使用一种填料和/或床空隙作为体积稀释剂，以使等温线变平。第二种方法是采用一种具有所需等温线性质的吸附剂，并将其加工成合适形状或形式，不必要求任何专门的供应来稀释。与用于汽车排放控制的现有技术的吸附剂相比，这两种方法都在工作容量没有显著损失或流动限制没有显著增加的条件下，提供了具有显著较低排放的滤罐系统。
附图简述图1显示了现有技术的滤罐系统的横截面。
图2显示了本发明的包括多种吸附剂的滤罐的一个实施方案的横截面。
图3显示了不同活性炭吸附剂的丁烷等温线性质。
优选实施方案描述所公开的本发明涉及使用多床(或层、级、或室)吸附材料，它们可以在保持滤罐系统有高的工作容量和低的流动限制性能时显著减少DBL排放(见图2)。这些吸附剂包括来源于多种原料的活性炭，所述原料包括木材、泥炭、煤、椰子、合成或天然聚合物，以及包括化学和/或热活化的各种处理，和无机吸附剂，其包括分子筛、多孔氧化铝、柱状粘土、沸石和多孔硅石，以及有机吸附剂，其包括多孔聚合物。吸附剂可以是粒状、球形或粒状圆柱形，或被挤压成横截面为薄壁的特定形状，如中空圆筒、星形、螺旋形、星号形、成型带形、或其它在现有技术能力范围内的形状。在成型方面，可以采用无机和/或有机粘合剂。吸附剂可以成形为整料或蜂巢部分。吸附剂可以以一层或多层、或分离室的形式装入滤罐，或者以辅助滤罐床层被插入流体。
所有这些方法的一个共同特征是具有等温线相对较平的通风孔一侧的吸附剂。这一等温线形状对于与跨吸附剂床层深度的净化效率有关的原因很重要。根据定义，与具有更陡斜率的等温线的吸附剂相比，对于具有平的吸附等温线的吸附剂，当被吸附的烃类被去除后，与被吸附的烃类相平衡的烃类蒸汽的浓度降低。这样，当在滤罐的通风孔一侧区域使用这样的材料作为吸附剂体积时，净化操作能够将净化入口区域的蒸汽浓度降低到很低的水平。因为正是净化入口附近的蒸汽最终作为渗出物(bleed)出现，因此降低这一浓度可以减少排放物的排放水平。在净化中吸附烃类的去除程度通过净化气体获得的烃类浓度和与床层中任意一点吸附剂相平衡的浓度的差别来确定。因此在净化入口的临近区域的吸附剂将被最充分地再生。在吸附剂床层较深的各点处，因为净化气体已经保留了从床层中前述各点处去除的烃类，所以被去除的烃类较少。具有较平吸附等温线的吸附剂将向净化气流中释放较少的蒸汽，因此这样的净化可更有效的减少床层较深处的蒸汽浓度。因此，对于一定量的净化气体，可以将一定体积的具有平的吸附等温线的吸附剂中的蒸汽浓度降到比相同体积的具有陡的吸附等温线的吸附剂中的蒸汽浓度低的水平。因此，来自这样的体积中的渗出排放比吸附等温线较平的吸附剂低。
然而，在包含粒子的滤罐或包含具有优选的吸附等温性质的用于达到低的渗出排放水平的整料中的区域的吸附工作容量，与在汽车蒸发排放控制系统中通常采用的活性炭相比较低。例如，低容量吸附剂的BWC将为约6g/dL，而典型的汽车碳的BWC为9g/dL至15+g/dL。因此，为了保持标准排放控制系统操作所需要的烃类容量，在滤罐内的通风孔一侧辅助区域或滤罐外将使用低渗出的吸附剂，并在燃料源一侧区域装有一定体积的通常采用的高容量碳。例如，当使用两种不同的吸附剂时，系统设计将涉及在排放控制滤罐的主体部分或燃料源一侧提供足够体积的高容量碳以达到所需的工作容量，并提供足够体积的低渗出吸附剂以保留从主体床释放的蒸汽到以下程度，使得这样的蒸汽不会显著影响低渗出吸附剂的渗出排放。
在本发明的上下文中，“整料”是指包括泡沫塑料、机织和非机织纤维、席垫、块和粒子的结合聚集体。
值得注意的是，从吸附剂的主要的高容量燃料源一侧体积到辅助的较低容量通风孔一侧体积的蒸汽排放显著地受通风孔一侧体积存在的影响。在净化过程中，具有平的吸附等温线的通风孔一侧吸附剂体积将放出相对少量的烃类负荷到净化气中。因此，当蒸汽从低渗出通风孔一侧体积排出并进入到高容量的燃料源一侧体积时，被净化气携带的蒸汽的浓度将较低。这允许在两种吸附剂体积汇合处附近的高容量吸附剂很好地再生，并有助于防止在昼夜呼吸流动中通风孔一侧体积从滤罐燃料源一侧区域排放。具体地，燃料源一侧体积的较大再生效率通过减小跨滤罐系统流动长度的主体相扩散速率来减少昼夜排放。由于主体相扩散是昼夜呼吸条件下蒸汽传递的主要方式，因此通过增强的再生减小跨滤罐系统流动长度的蒸汽浓度差，从而减少了滤罐系统中蒸汽的再分布以及后续的向通风孔一侧体积内的排放和从放风孔向外的排放图3中比较了具有优选形状的等温线以提供低渗出性能的吸附剂的实例和标准滤罐填充碳(Westvaco Corporation′s BAX 1100 and BAX1500)。重要的是应注意到，如图所示，等温线性质必须依据体积容量定义。基于这一基准，优选的低渗出吸附剂部分将在体积百分比为5至50的正丁烷蒸汽浓度之间具有小于约35g/l的正丁烷容量增量。
虽然在一些例子中，已知的吸附剂对于通风孔一侧可能具有优选的性质，但是这些吸附剂在蒸发罐中将不会有用。在某些情况下，采用鉴定滤罐碳的标准BWC测试进行测量，这些材料具有低净化能力(丁烷比小于0.85)和低工作容量(BWC小于9g/dL)。本领域中的一般知识和经验将低丁烷比与高残留烃类根部相联系，所述高残留烃类根部是高排放的潜在源。而且，不认为在滤罐系统中包含低BWC吸附剂是有用的，因为汽油蒸汽的工作容量被认为受到削弱，不期望会有降低排放的效用。事实上，在本发明的一个优选实施方案中，较低容量吸附剂优选具有低于8g/dL的BWC值，适当地低于通常被认为适用于蒸发排放控制滤罐系统中的BWC标准9-15+g/dL。本发明的这些作为通风孔一侧的层包含在滤罐系统中的低BWC材料的优选选择只有在吸附剂床层中的动力学(即，在通风孔一侧床层体积内低残留蒸汽浓度的重要性，以及在昼夜呼吸损失期间通风孔一侧床层体积对跨整个滤罐系统的蒸汽分布和扩散的交互影响)得以实现后才能实现。
因此，已经发现优选的通风孔一侧吸附剂的性质，除相对较低的BWC之外，还包括在0.40至0.98之间的丁烷比，与原来设想对这些滤罐系统有用的吸附剂相比，这些性质全都是有实质性不同的性质。
所提出的上述替代方法在下面实施例中的滤罐渗出排放控制方面是有效的。制备通风孔一侧吸附剂的一种方法是在体积上稀释高工作容量的吸附剂以使其产生的等温线以体积为基准变平。第二种方法是从具有所需吸附容量和平的等温线形状的吸附剂开始，并将其加工成一种形状或形式，例如小粒或蜂巢状。
具有多种吸附剂的滤罐的一个详细优选实施方案如图2所示。图2显示了一个滤罐系统，该滤罐系统包括一个基本罐体1，一个支撑滤网2，一个分隔壁3，一个通向大气的出气孔4，一个蒸汽源接口5，一个真空驱气接口6，一个燃料源一侧区域7，变动低容量的通风孔一侧滤罐区域8-11，附加罐体12，和允许流体从基本罐体1流向附加罐体12的连接软管13。如以上所讨论的另外的实施方案，也被认为在本发明主题的范围内。
本发明主题所需的结果可以采用单一的作为后续吸附剂材料的通风孔一侧均匀的较低容量的吸附剂材料达到。在很宽蒸汽浓度内的多种具有所需吸附性质的较低容量的吸附剂的选择仅仅作为一个实施方案来说明。
汽油工作容量(GWC)和表中的排放的测量值来自使用2.1L滤罐的Westvaco DBL试验。小粒样品作为滤罐中的300mL的通风孔一侧的层进行测试，1800mL的BAX1500小粒作为其余的滤罐填料。蜂巢作为辅助床滤罐被测试，将其与BAX1500小粒的2.1L主滤罐成直线放置。对于所有的样品，滤罐系统首先通过反复循环汽油蒸汽蒸发和空气净化(400床体积的空气)进行均匀地预处理。这一循环产生了GWC值。在丁烷吸附和空气净化步骤之后，随后测量丁烷排放，具体地是在当滤罐系统连接到温度循环的燃料罐时的昼夜呼吸损失期间。报道的值是当燃料罐变暖和载有蒸汽的空气被通到滤罐系统，并从进行测量排放的通风孔一侧排出的11小时期间的第二天的DBL排放。测量DBL排放所用的方法已描述于SAE Technical Paper 2001-01-0733，titled″Impact and Control of Canister Bleed Emissions，″By R.S.Williams and C.R.Clontz.
实施例1微球填料小丸这些2mm的小丸是通过向挤出配方中添加固体填料的体积稀释方法的一个实例。通过由Westvaco SA-1500粉末(12.8wt％)、固体玻璃微球填料(79.7wt％PQ Corporation A3000)、膨润土(7.2wt％)和磷酸(0.3wt％)的挤出掺混物制备小丸。将小丸翻转4分钟，在105℃干燥过夜，随后在650℃蒸汽中热处理15分钟。合适的非吸收填料使所有蒸汽浓度内的吸附容量减小，导致变平的吸附等温线(图中的“实施例1”)。稀释通风孔一侧区域的替代方法是将吸附剂颗粒或小丸和大小相似的惰性填料粒子共混，使挤出糊状物形成高空隙率的形状，如中空圆筒、星号形、星形、或螺旋形、弯形、或螺旋带形片，或将非吸附粒子或多孔席垫(例如，泡沫)的多个薄层或仅被捕获的空气空间放置在吸附剂层之间。
实施例2结合陶瓷的蜂巢200cpsi(每平方英寸的小室数)含碳蜂巢是体积稀释方法的另一个实例。表中的蜂巢根据美国专利5,914,294中所述的方法制备的，该专利公开了形成吸附整料的方法，该方法包括以下步骤(a)通过挤出模具挤出可挤出混合物以形成具有以下形状的整料，其中整料具有至少一个通过它的通道，可挤出混合物包括活性炭、形成陶瓷的材料、助熔材料和水，(b)干燥被挤出的整料，和(c)在足够使陶瓷形成材料一起反应并且形成陶瓷基质的时间和温度下烘烤干燥的填料。可挤出混合物在挤出后和干燥整料过程中能够保持整料的形状。
在这个实施例中，挤出配方的组分部分地稀释了碳吸附剂，此外，吸附剂被挤出部分的开口小室结构进一步稀释。与相似床层体积的小丸相比，这些小室在该部分内产生更大的床层孔隙率(蜂房的空隙率为65vol％，而小丸或颗粒的空隙率为35vol％)。与小丸床层相比，小室结构和高床层空隙率具有产生最小的附加流动限制的附加优点，因此允许蜂巢作为横截面积大大减小的附加的辅助设备被安装在主体滤罐(见图2中的附加罐体12)。
实施例3专用前体小丸这些2mm的小丸通过根据其固有的平的等温吸附性质选择待挤出的吸附剂进行制备。在这个实施例中，对于配方中的填料或挤出形状的床层空隙稀释没有特别规定。制造被测试的活性炭小丸的挤出混合物的成分由NORIT生产的SX 1级的活性炭(93.2％)和羧甲基纤维素钠粘合剂体系(6.8％)组成。将小丸翻转4分钟，在105℃干燥过夜，随后在150℃空气中热处理3小时。
如以上所指出的，下表中显示了在实施例中制备的这些含活性炭的材料的比较。
表 可供选择的通风孔一侧吸附剂的性能、性质和配方
(1)两次DBL测试；GWC(400床体积净化)和DBL排放(150床体积净化)的平均数据；2.1L滤罐，1500ml燃料源一侧小室，600ml通风孔一侧小室，燃料源一侧小室的横截面面积是通风孔一侧横截面面积的2.5倍。
(2)单次DBL测试(3)三次DBL测试的平均(4)三次DBL测试的平均(5)六次DBL测试的平均(6)ASTM标准技术测量的密度和BWC该表显示了这两种方法的三个实施例和通风孔一侧包含高工作容量碳BAX1100和BAX1500的层进行比较的数据。与现有技术的BAX碳(图3)相比，三个实施例都具有对丁烷在高浓度时显著较低的容量以及相当平的等温线。
如表所示，这些实施例说明了通过仅由高工作容量碳组成的滤罐排放减少到1/3至1/22。GWC没有损失或只有轻微的损失。
本发明方法的更优选的实施方案在车辆蒸发排放控制系统中介绍，该系统包括下列组合一个用于储存挥发性燃料的燃料罐、一个具有空气进气系统并适合消耗燃料的发动机、一个包含初始体积的燃料蒸汽吸附材料的滤罐，用于暂时吸附和储存从燃料罐中出来的燃料蒸汽、一个用于将燃料蒸汽从燃料罐导入滤罐蒸汽进口的管道、一个从滤罐净化出口到发动机进气系统的燃料蒸汽净化管道，以及一个用于滤罐通风和在发动机进气系统操作中允许空气进入滤罐的通风/空气开口，其中滤罐形成了一个经由滤罐蒸汽进口、在朝向通风/空气开口的滤罐第一区域内通过初始体积的蒸汽吸附剂的燃料蒸汽流动通道，和在通风/空气开口的滤罐第二区域和净化出口的第一区域内通过后续体积的吸附剂的空气流动通道，以使在燃料罐中形成的燃料蒸汽流经蒸汽入口进入初始体积的吸附剂，在那里燃料蒸汽被吸附，在发动机进气系统操作过程中，周围空气在通向和通过通风/空气开口的通道中流动，沿滤罐中的空气流动通道，通过初始体积和净化出口进入发动机的进气系统，空气流动去除了部分被吸附的燃料蒸汽，但是在初始体积中留下了残留燃料，其中至少一个后续体积的蒸汽吸附材料的体积占第一体积的1％至100％，位于其中的第二区域内的滤罐内或滤罐外，且其中在使流体通过至少一个后续体积的蒸汽吸附材料之前，其中后续体积的蒸汽吸附剂材料的特征在于在25℃时，在正丁烷蒸汽浓度为5vol％至50vol％之间具有小于35g正丁烷/L的吸附容量增量，初始体积的蒸汽吸附材料的特征在于在25℃时在正丁烷蒸汽浓度为5vol％至50vol％之间具有大于35g正丁烷/L的吸附容量增量。
本发明方法无疑包括一个实施方案，其中第二体积的蒸汽吸附材料位于滤罐外一个单独的后续滤罐中，但是在环境空气到通风/空气进口和第一区域的流动通道内。
本发明方法包括一个实施方案，其中初始体积的蒸汽吸附材料和后续体积的蒸汽吸附材料为来源于以下材料的活性炭，所述材料选自木材、泥炭、煤、椰子、褐煤、石油沥青、石油焦炭、煤焦油沥青、果核、坚果壳、锯屑、木粉、合成聚合物和天然聚合物，它们已被选自化学、热和化学/热结合的活化方法中的处理过程进行活化。
本发明方法包括一个实施方案，其中初始体积的蒸汽吸附材料和后续体积的蒸汽吸附材料为选自沸石、多孔硅石、多孔氧化铝、柱状粘土、分子筛的无机材料。
本发明方法包括一个实施方案，其中初始体积的蒸汽吸附材料和后续体积的蒸汽吸附材料为多孔聚合物。
本发明方法包括一个实施方案，其中后续体积的蒸汽吸附材料具有通过体积稀释达到的吸附容量。
本发明方法还包括一个实施方案，其中体积稀释通过加入作为辅助成分的非吸附填料实现，所述加入操作通过选自以下的添加工艺来完成在活化前添加活性炭原料、在形成成型粒子或整料前添加吸附剂、及其组合。
本发明方法还包含一个实施方案，其中体积稀释通过将吸附材料形成高空隙率的形状实现，所述高空隙率形状选自星形、中空圆筒形、星号形、螺旋形、圆柱形、成型带形、和其它在现有技术能力范围内的形状。
本文所要求保护的方法包括一个实施方案，其中体积稀释通过将吸附剂成形为蜂巢或整料形状来实现。
本文所要求保护的方法包括一个实施方案，其中体积稀释通过在通风孔一侧吸附粒子和整料以外使用惰性隔离粒子、泡沫、纤维和滤网实现。
本文所要求保护的方法包括一个实施方案，其中所述非吸附填料为处理后的固体。
此外，本文所要求保护的方法包括一个实施方案，其中所述非吸附填料被蒸发或燃烧以在成型粒子或整料中形成大于50宽度的空隙。
以上所述涉及本发明的实施方案，可以在不背离在以下权利要求书中定义的本发明范围的情况下对其进行改变和修改。
权利要求
1.一种减少汽车蒸发排放控制系统中的燃料蒸汽排放的方法，所述方法包括以下步骤使燃料蒸汽和初始吸附剂体积及至少一个后续吸附剂体积接触，所述初始吸附剂体积在25℃时、在正丁烷蒸汽浓度为5vol％至50vol％之间具有大于35g正丁烷/L的吸附容量增量，所述后续吸附剂体积在正丁烷蒸汽浓度为5vol％至50vol％之间具有小于35g正丁烷/L的吸附容量增量。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法包括单个后续吸附剂体积。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法包括多个后续吸附剂体积。
4.如权利要求2所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积位于单个汽车蒸发排放控制滤罐中。
5.如权利要求3所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积位于单个汽车蒸发排放控制滤罐中。
6.如权利要求2所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积位于相互连接以允许燃料蒸汽连续接触的独立滤罐中。
7.如权利要求3所述的方法，其中初始吸附剂体积和至少一个后续吸附剂体积位于相互连接以允许燃料蒸汽连续接触的独立滤罐中。
8.如权利要求1所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积为来自以下材料的活性炭，所述材料选自木材、泥炭、煤、椰子、褐煤、石油沥青、石油焦炭、煤焦油沥青、果核、坚果壳、锯屑、木粉、合成聚合物和天然聚合物，所述材料已被选自化学、热和组合的化学/热的活化方法中的处理过程进行活化。
9.如权利要求1所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积为选自沸石、多孔硅石、多孔氧化铝、柱状粘土和分子筛中的无机材料。
10.如权利要求1所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积为多孔聚合物。
11.如权利要求1所述的方法，其中后续吸附剂体积具有通过体积稀释达到的吸附容量。
12.如权利要求11所述的方法，其中体积稀释通过加入作为辅助成分的非吸附填料实现，所述加入操作通过选自以下的添加工艺来完成在活化前添加活性炭原料、在形成成型粒子或整料前添加吸附剂、及其组合。
13.如权利要求11所述的方法，其中体积稀释通过使吸附剂形成高空隙率的形状实现，所述形状选自星形、中空圆筒形、星号形、螺旋形、圆柱形和成型带形
14.如权利要求11所述的方法，其中体积稀释通过使吸附剂形成蜂巢或整料形状实现。
15.如权利要求11所述的方法，其中体积稀释通过在吸附剂以外使用惰性隔离粒子、捕获的空气空间、泡沫、纤维和滤网实现。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述非吸附填料为处理后的固体。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述非吸附填料被蒸发或燃烧以在成型粒子或整料中形成大于50宽度的空隙。
18.一种减少汽车蒸发排放控制系统中的燃料蒸汽排放的方法，所述方法包括通过使燃料蒸汽通过蒸汽吸附剂以从含挥发性有机化合物的燃料蒸汽中除去至少一种挥发性有机化合物，改进包括在向大气通气前，在使流体通过至少一个含后续吸附剂的体积之前，其中所述含后续吸附剂的体积的特征在于在25℃时在正丁烷蒸汽浓度为5vol％至50vol％之间具有小于35g正丁烷/L的吸附容量增量，使燃料蒸汽顺序通过含初始吸附材料的体积，其中初始吸附材料的特征在于在25℃时在正丁烷蒸汽浓度为5vol％至50vol％之间具有大于35g正丁烷/L的吸附容量增量。
19.如权利要求18所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积位于单个汽车蒸发排放滤罐中。
20.如权利要求18所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积位于相互连接以允许燃料蒸汽连续接触的独立滤罐中。
21.如权利要求18所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积为来自以下材料的活性炭，所述材料选自木材、泥炭、煤、椰子、褐煤、石油沥青、石油焦炭、煤焦油沥青、果核、坚果壳、锯屑、木粉、合成聚合物和天然聚合物，这些材料已被化学和/或热活化方法所活化。
22.如权利要求18所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积为选自沸石、多孔硅石和分子筛的无机材料。
23.如权利要求18所述的方法，其中初始吸附剂体积和后续吸附剂体积为多孔聚合物。
24.如权利要求18所述的方法，其中后续吸附剂体积具有通过体积稀释达到的吸附容量。
25.如权利要求24所述的方法，其中体积稀释通过加入作为辅助成分的非吸附填料实现，所述加入操作通过选自以下的添加工艺来完成在活化前添加活性炭原料、在形成成型粒子或整料前添加吸附剂、及其组合。
26.如权利要求24所述的方法，其中体积稀释通过将吸附剂形成高空隙率的形状实现，所述高空隙率形状选自星形、中空圆筒形、星号形、螺旋形、圆柱形、成型带形。
27.如权利要求24所述的方法，其中体积稀释通过将吸附剂形成蜂巢或整料形状实现。
28.如权利要求24所述的方法，其中体积稀释通过在吸附剂以外使用惰性隔离粒子、捕获的空气空间、泡沫、纤维和滤网实现。
29.如权利要求25所述的方法，其中所述非吸附填料为处理后的固体。
30.如权利要求25所述的方法，其中所述非吸附填料被蒸发或燃烧以在成型粒子或整料中形成大于50宽度的空隙。
全文摘要
本发明公开了一种通过提供多层或多级吸收剂来急剧减少从汽车蒸发排放控制系统的昼夜呼吸损失排放的方法。在排放控制系统滤罐的燃料源一侧，在第一滤罐(吸附)区域优选有高工作容量的碳。在通风孔一侧的后续滤罐区域，与燃料源一侧的吸附剂相比，优选的吸附剂应具有按体积基础计为平的或较平的吸附等温线和在高浓度蒸汽时相对较低的容量。描述了多种达到通风孔一侧滤罐区域的优选性质的方法。一种方法是使用填料和/或空隙作为体积稀释剂，用于使吸附等温线变平。另一种方法是采用一种具有所需吸附等温线性质的吸附剂，并将其加工成合适形状或形式，不必要求任何专门的供应来稀释。与用于汽车排放控制系统滤罐配置中的已知吸附剂相比，燃料源一侧的高工作容量碳和通风孔一侧的优选的较低工作容量的吸附剂的改进结合，在工作容量没有显著损失和流动限制没有显著增加的条件下，提供了显著较低的昼夜呼吸排放。
文档编号B01J20/20GK1589368SQ02823220
公开日2005年3月2日 申请日期2002年7月8日 优先权日2001年11月21日
发明者劳伦斯·H·希尔特齐克, 亚切克·Z·亚杰洛, 爱德华·D·托尔斯, 罗格·S·威廉斯 申请人:米德韦斯特瓦科公司